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摘要:虚拟环境的建模是物联网等可视化系统的基础，如何制作出质量佳、数据量小的场景模型是系统完成的关键。本文浅析了如何使用3ds Max三维建模软件完成系统所涉及的石油石化厂区模型数据的制作及简化工作。
关键词:3Ds Max、三维场景、物联网系统
1.研究背景
随着网络及物联网技术的飞速发展，地图制图技术正在经历从纸张图到数字化图、从传统的二维地图向三维立体图的转变[1]。通过三维可视化界面，人们可以更加直观、形象的了解空间信息，直接对具有形体信息进行操作和交互。
物联网可视化系统，以数据为核心，充分结合物联网、GIS、三维可视化技术。通过对物联网系统架构分析（图1），可发现三维场景作为系统数据层的重要组成，不仅是信息显示、查询以及综合分析的基础，而且是系统建设与运行的关键[2]。
图2 三维场景模型制作流程
2.2.三维场景构建
2.2.1.资料收集
为确保建模工作顺利展开，首先必须做好数据资料的收集工作[4]。在物联网系统中，场景构建所需的数据主要包括空间信息的数据、地物数据和纹理数据。
（1）空间信息数据
空间信息数据包括高分辨率的卫星影像数据、航空影像及地形数据。在数据使用时，应注意将其处理为正射影像，坐标与系统坐标保持一致，以便将其匹配到系统中。
（2）建筑物、设备设施数据
建筑物、设备设施数据主要指场景中的建筑物、构筑物、设备、管线及配套设施的外观、结构和位置关系等。若厂区建成投产后未进行建设变更，其相关元素的位置、平面轮廓、立面形式应与厂区建设施工图相符，因此可通过图纸获取相关数据。若缺少图纸，则可利用影像图，通过矢量化获取建筑物几何要素，并结合现场实际调研分析获得相对精准的模型位置及细部信息。
（3）纹理数据
真实、清晰的纹理贴图是确保虚拟场景真实的重要手段[5]。厂区内建构筑物的纹理数据主要来自现场实拍的数码照片，并通过照片处理，将其制作成“正射影像”图片，格式以GIF、TIF、BMP、JPG等为主。
2.2.2.三维模型的制作
（1）图纸梳理及简化
为了提高建模速度，应首先对图纸进行梳理和简化，方便建模使用。
（2）材质赋予
完成单体模型制作后，对模型进行材质赋予，通过贴图增加模型的质感，完善模型的造型，使其更加真实。在3DS Max 中贴图方法很多,其中最简单的方法就是利用材质编辑器给材质球赋于材质图片并设置反射、漫反射等参数，然后运用UVW对贴图坐标进行设置。
（3）场景集成
单体模型制作完成并赋予材质后，根据各自的坐标，将单体模型集成到同一个场景中。
（4）场景烘培
在物联网系统中，为了展现最真实的厂区效果，需要借助灯光以突显建构筑物之间的关系以及材质特性。贴图烘焙简单地说就是把光照信息渲染成贴图，然后再贴回到场景中去。在场景烘焙中应注意将全部场景模型集成在一起后再进行烘焙，避免造成设备管线之间阴影丢失等。
（5）场景导出
最后将模型导出为缓存或数据集，以便物联网系统使用。
2.2.3.模型优化
为提升模型在系统中的加载速度，在建模过程中应遵循“在保证对象不失真实的前提下，尽量采用最简单的模型”原则。这样就要在保证模型精细度的基础上，将模型进行最大限度的优化和压缩[3]，常用方法如下：
（1）场景模型优化
模型优化包括：1）删除多余面。模型大小由面片数决定，因此，通过删除不可见面片可达到减小数据量的目的。2）减少几何体的分段数-Segment。圆柱体或球体往往是导致数据量大的主要援用。一般情况下，可将圆柱体的sides值优化为12、Height Segment与Cap Segment优化为1；球体的Segment 优化为16。
（2）纹理贴图优化
贴图在保证真实清晰的前提下，数据量尽可能小（保证图像大小在100KB以内）。在使用Photoshop进行贴图处理时，纹理贴图的象素应该为2 的N 次方幂，且最好是正方形的，宽和高的象素大小不宜超过512。
3.物联网系统中三维场景构建与传统建模的区别
通常情况下，建模的目的是为了形成一个虚拟场景以反应场景的真实情况。但在物联网系统中，模型在场景展示的同时又承担起操作功能，这样一来物联网系统中场景的构建就需要更注意与系统功能的结合，突显出可视化系统展示、查询一体化的优势，同时又要权衡模型质量与系统速度之间的矛盾。
4.结束语
三维建模技术是虚拟现实技术中的关键，是物联网可视化系统的基础。本文分别介绍了3Ds Max建模方法和优化手段，并浅析了复杂厂区场景的构建方法。结果表明这种方式能够高效、快速地建立大而复杂的三维虚拟场景，以供直观快速地显示和浏览三维信息，效果理想。与此同时，有一点是不应该被我们忽略的，这就是场景的精细度虽然非常重要，但整个系统的运行速度及展示方式也处于同等的重要的地位。为了进一步提高物联网系统三维场景加载速度和查询、演示等操作功能，更多的建模方式及技巧需要我们探索。
参考文献：
[1] 陈丽金。基于3ds?Max?的城市三维建筑模型建模方法研究 [J]。测绘技术装备，2012，14（1）：7-9。
[2] 张明旺。基于ArcGIS和3ds Max的数字厂区三维可视化系统建设与应用研究。
[3] 孙倩。基于3Ds Max的三维建模及其在virtool环境中的应用 [J]。中国信息科技，2008,12:94-96
[4] 寒冬。基于Multigen Creator和3DsMax的虚拟石化厂区建模方法[J]。武警学院学报，2009,25（8）：90-93。
[5] 赵庆展，周可法，张清。一种快速地形纹理生成和虚拟蛮有方法[J]。干旱区地理，2006，29（4）：565-568。
论文作者:赵林
论文发表刊物:《防护工程》2019年14期
论文发表时间:2019/11/15
标签：模型论文; 场景论文; 系统论文; 数据论文; 建模论文; 厂区论文; 纹理论文; 《防护工程》2019年14期论文;